Мултиплексирането е техника, използвана за комбиниране и изпращане на множество потоци от данни през един носител. Процесът на комбиниране на потоците от данни е известен като мултиплексиране, а хардуерът, използван за мултиплексиране, е известен като мултиплексор.
Мултиплексирането се постига чрез използване на устройство, наречено мултиплексор ( MUX ), който комбинира n входни реда, за да генерира един изходен ред. Мултиплексирането следва много към едно, т.е. n входни линии и една изходна линия.
Демултиплексирането се постига чрез използване на устройство, наречено Демултиплексор ( DEMUX ) налични в приемащия край. DEMUX разделя сигнала на неговите съставни сигнали (един вход и n изхода). Следователно можем да кажем, че демултиплексирането следва подхода 'един към много'.
Защо мултиплексиране?
- Средата за предаване се използва за изпращане на сигнала от подателя към получателя. Средата може да има само един сигнал в даден момент.
- Ако има множество сигнали за споделяне на една среда, тогава средата трябва да бъде разделена по такъв начин, че на всеки сигнал да се даде известна част от наличната честотна лента. Например: Ако има 10 сигнала и честотната лента на средата е 100 единици, тогава 10 единици се споделят от всеки сигнал.
- Когато множество сигнали споделят обща среда, има възможност за сблъсък. Концепцията за мултиплексиране се използва, за да се избегне такъв сблъсък.
- Преносните услуги са много скъпи.
История на мултиплексирането
- Техниката на мултиплексиране се използва широко в телекомуникациите, при които няколко телефонни разговора се пренасят през един проводник.
- Мултиплексирането възниква в телеграфията в началото на 1870 г. и сега се използва широко в комуникацията.
- Джордж Оуен Скуиър разработи мултиплексиране на телефонен оператор през 1910 г.
Концепция за мултиплексиране
- 'n' входните линии се предават през мултиплексор и мултиплексорът комбинира сигналите, за да образува съставен сигнал.
- Композитният сигнал преминава през демултиплексор и демултиплексорът разделя сигнала на компонентните сигнали и ги прехвърля към съответните им дестинации.
Предимства на мултиплексирането:
- Повече от един сигнал може да бъде изпратен през една среда.
- Ширината на честотната лента на дадена среда може да се използва ефективно.
Техники за мултиплексиране
Техниките за мултиплексиране могат да бъдат класифицирани като:
Мултиплексиране с честотно разделяне (FDM)
- Това е аналогова техника.
- В горната диаграма една предавателна среда е подразделена на няколко честотни канала и всеки честотен канал е даден на различни устройства. Устройство 1 има честотен канал от 1 до 5.
- Входните сигнали се преобразуват в честотни ленти чрез използване на модулационни техники и се комбинират от мултиплексор, за да образуват съставен сигнал.
- Основната цел на FDM е да раздели наличната честотна лента на различни честотни канали и да ги разпредели към различни устройства.
- Използвайки техниката на модулация, входните сигнали се предават в честотни ленти и след това се комбинират, за да образуват съставен сигнал.
- Носителите, които се използват за модулиране на сигналите, са известни като под-носители . Те са представени като f1,f2..fn.
Предимства на FDM:
- FDM се използва за аналогови сигнали.
- FDM процесът е много проста и лесна модулация.
- Голям брой сигнали могат да бъдат изпратени през FDM едновременно.
- Не изисква никаква синхронизация между подател и получател.
Недостатъци на FDM:
- FDM техниката се използва само когато са необходими нискоскоростни канали.
- Той страда от проблема с пресичането.
- Необходим е голям брой модулатори.
- Изисква канал с висока честотна лента.
Приложения на FDM:
- FDM обикновено се използва в телевизионни мрежи.
- Използва се в FM и AM излъчване. Всяка FM радиостанция има различни честоти и те се мултиплексират, за да образуват съставен сигнал. Мултиплексираният сигнал се предава във въздуха.
Мултиплексиране по дължина на вълната (WDM)
- Мултиплексирането по дължина на вълната е същото като FDM, с изключение на това, че оптичните сигнали се предават през оптичния кабел.
- WDM се използва във влакнеста оптика за увеличаване на капацитета на едно влакно.
- Използва се за използване на възможностите за висока скорост на данни на оптичния кабел.
- Това е техника за аналогово мултиплексиране.
- Оптичните сигнали от различни източници се комбинират, за да образуват по-широка лента от светлина с помощта на мултиплексор.
- В приемащия край демултиплексорът разделя сигналите, за да ги предаде до съответните им дестинации.
- Мултиплексирането и демултиплексирането могат да бъдат постигнати чрез използване на призма.
- Prism може да изпълнява ролята на мултиплексор чрез комбиниране на различни оптични сигнали, за да образува композитен сигнал, а композитният сигнал се предава през оптичен кабел.
- Prism извършва и обратна операция, т.е. демултиплексиране на сигнала.
Времево мултиплексиране
- Това е цифрова техника.
- При техниката на мултиплексиране с разделяне на честотата всички сигнали работят по едно и също време с различна честота, но в случай на техника на мултиплексиране с разделяне на времето всички сигнали работят на една и съща честота с различно време.
- в Техника за мултиплексиране с разделяне на времето , общото налично време в канала се разпределя между различни потребители. Следователно, на всеки потребител се разпределя различен времеви интервал, известен като времеви интервал, в който данните трябва да бъдат предадени от подателя.
- Потребителят поема контрола над канала за определен период от време.
- При техниката на мултиплексиране с разделяне на времето данните не се предават едновременно, а данните се предават един по един.
- В TDM сигналът се предава под формата на рамки. Рамките съдържат цикъл от времеви интервали, в които всеки кадър съдържа един или повече слотове, предназначени за всеки потребител.
- Може да се използва за мултиплексиране както на цифрови, така и на аналогови сигнали, но се използва главно за мултиплексиране на цифрови сигнали.
Има два вида TDM:
- Синхронен TDM
- Асинхронен TDM
Синхронен TDM
- Синхронният TDM е техника, при която времевият интервал е предварително зададен на всяко устройство.
- В синхронния TDM всяко устройство получава определен времеви интервал, независимо дали устройството съдържа данните или не.
- Ако устройството няма никакви данни, тогава слотът ще остане празен.
- В синхронния TDM сигналите се изпращат под формата на рамки. Времевите интервали са организирани под формата на рамки. Ако дадено устройство няма данни за определен времеви слот, тогава празният слот ще бъде предаден.
- Най-популярните синхронни TDM са T-1 мултиплексиране, ISDN мултиплексиране и SONET мултиплексиране.
- Ако има n устройства, тогава има n слота.
Концепция за синхронен TDM
В горната фигура е внедрена синхронната TDM техника. На всяко устройство е разпределен определен времеви интервал. Времевите интервали се предават независимо от това дали подателят има данни за изпращане или не.
Недостатъци на синхронния TDM:
- Капацитетът на канала не се използва напълно, тъй като се предават и празните слотове, които нямат данни. В горната фигура първият кадър е напълно запълнен, но в последните два кадъра някои слотове са празни. Следователно можем да кажем, че капацитетът на канала не се използва ефективно.
- Скоростта на предавателната среда трябва да бъде по-голяма от общата скорост на входните линии. Алтернативен подход към синхронния TDM е асинхронно времево мултиплексиране.
Асинхронен TDM
- Асинхронният TDM е известен също като статистически TDM.
- Асинхронният TDM е техника, при която времевите интервали не са фиксирани, както в случая на синхронния TDM. Времевите интервали се разпределят само за онези устройства, които имат данните за изпращане. Следователно можем да кажем, че мултиплексорът с асинхронно разделяне на времето предава само данните от активните работни станции.
- Асинхронна TDM техника динамично разпределя времевите слотове на устройствата.
- При асинхронен TDM общата скорост на входните линии може да бъде по-голяма от капацитета на канала.
- Мултиплексорът с асинхронно разделяне на времето приема входящите потоци от данни и създава рамка, която съдържа само данни без празни слотове.
- В Asynchronous TDM всеки слот съдържа адресна част, която идентифицира източника на данните.
- Разликата между Asynchronous TDM и Synchronous TDM е, че много слотове в Synchronous TDM са неизползвани, но в Asynchronous TDM слотовете се използват напълно. Това води до по-малко време за предаване и ефективно използване на капацитета на канала.
- В синхронния TDM, ако има n изпращащи устройства, тогава има n времеви слота. В асинхронния TDM, ако има n изпращащи устройства, тогава има m времеви слота, където m е по-малко от n ( м
- Броят на слотовете в рамките зависи от статистическия анализ на броя на входните линии.
Концепция за асинхронен TDM
В горната диаграма има 4 устройства, но само две устройства изпращат данните, т.е. A и C. Следователно данните от A и C се предават само през предавателната линия.
Рамката на горната диаграма може да бъде представена като:
Горната фигура показва, че частта с данни съдържа адреса за определяне на източника на данните.